二、原子的组成和结构
原子是最简单的组子，氢原子是最小的原子，因为氢原子是由一个核子和一个电子构成的，在电子层间是电磁场炁子，其他原子都是由一个核子和两个以上的电子构成的，有两种以上的炁子存在（一个电子形成一种炁子）。西学对原子的组成和结构的认识是从氢原子开始的。西学认识了原子里的核子和电子，对原子炁子还不认识。
1、卢瑟福的原子结构模型。
从认识到阴极射线、α、β、γ等射线的本质是量子后，1903年汤姆逊提出了一种原子模型：正电荷和电子都均匀分布在整个原子内。但是这个理论同实验事实不符，是不正确的。1911年，英国的卢瑟福根据α射线的散射实验，提出了现在公认的原子结构模型：原子由原子核和核外电子构成，原子核由核子组成，核子就是质子和中子。就是说，原子是由质子、中子和电子三种量子组成的，不同的原子有不同数目的量子数。不同的原子有不同的结构；原子的直径D为（2～3）×10-8厘米，原子核的直径d为10-13~10-12厘米，D/d=104~105。原子核和电子的体积只占原子体积的亿万分之一；原子核占了原子的所有正电荷和几乎全部质量，原子核所带电荷为+Ze，Z为原子序数，也为电子数。原子核的正电量等于所有电子的负电量，所以原子呈现中性；电子不停地围绕原子核转动。
图4.23卢瑟福的原子模型
炁学提示：西学对原子核的组成和结构的认识错误已经在量子里介绍了，对原子结构的认识一样存在问题。原子是由量子构成的，核子和电子两类量子结合形成了原子，同时电场和磁场形成了电磁场炁子，即原子炁子。就是说原子是由核子（阳子）、电子（阴子）和炁子三种物质构成的。阴阳量子结合成原子后，对冲状态下的中性电场和中性磁场结合形成了电磁场炁流，也叫做原子炁子。我们把原子炁子中的中性电场叫做电炁子，把中性磁场叫做磁炁子。电磁场是没有电性和磁性的，是中性的炁流。原子炁子在易学里叫做冲气、太极、一、中气等。易学的这些叫法，表明了炁子的不同特征：冲气表明了电磁场炁流的对冲状态，一和太极是有阴阳但是阴阳未分（阴阳混合）的状态，中气是无阴阳性质的中性状态。事实证明了易学的真理性。电磁场炁流是炁子化炁体，简称炁子，是由炁流凝聚而成的（注意：这里用“凝聚”而不是“凝结”，凝结则成为炁粒了，就没有流动性了）。炁子是将阴阳炁粒粘合在一起的粘合剂，使炁粒变大。正是由于炁子的存在，使电子不能够和核子相碰撞或者分离，而是保持在一定的距离内，呈现不离不弃的动态平衡状态，形成了电子云现象。当原子的电场外泄时原子显电性，当原子的磁场外泄时原子显磁性，不外泄时显中性。
在原子中，炁子是西学唯一没有认识到的物质，而炁子却是构成原子的主要物质。在原子中，量子只占原子体积的亿万分之一，其余的都是炁子，炁子是原子的主要成分。原子、核子和电子的直径分别是10-8、10-12、10-16cm，如果把电子放大当作一个φ1mm的小球，那么核子就是一个φ10m的大球，原子就是一个φ100km的巨球了，电子和核子之间的距离有50公里远呢，在这个巨大的空间里就是炁子这种物质。量子结合成为原子后，电场和磁场会发生分离，就是炁流的进出口发生分化，使原子里的量子出现了极化现象，炁流不再是均匀分布的了，而是主要集中在两个量子之间，电磁场被囚禁起来了。电磁场的这种变化使原子里的量子自转起来，形成了自转和公转运动。为了分别不同电子形成的原子炁子，我们也把这个电子形成的原子炁子叫做某电子炁子、电子云炁子。
1905年，爱因斯坦（1879-1955）为了解释光电效应现象，提出了光子理论。该理论认为：光不是连续的波，而是由特殊物质组成的微粒，这种微粒叫做光子，也叫做光量子。光能就是光子流。原子所辐射的光子的能量ε=hγ，普朗克常数h=6.62×10-27尔格秒。这个理论成功地解释了光电效应问题，但是没有解决光子物质的来源和去向问题。西学认为，核子和电子是靠“电磁相互作用的媒介粒子——光子”结合成为原子的。这是西学对光的本质不认识的缘故。光是炁流，一进入原子里就变成了炁子，在原子里是没有光子的。核子和电子的结合物质是炁子，不是光子。光子来源于原子炁子（就是电磁场物质），炁子辐射出去就形成了光炁流，光炁流是光子的运动状态。光子是炁流物质，不是炁粒物质，不是量子，只有运动质量，没有静止质量，也没有电磁性质。光炁流是炁体的线流，不是球粒流。
炁体、炁子和量子都是单组分物质，都是无内部结构的。它们的不同在于：炁体没有外形，不能够生产炁流，没有电磁性；量子是圆球形，能够生产炁流，有电磁性；炁子是不定形，能够生产炁流，有电磁性，但是电磁性不显出来，是被囚禁在原子里的，是隐蔽着的。炁子虽然是由电场和磁场组成的，但是混成一体了，无法分开它，依然是一种单组成物质。这种物质就是电磁场，是电场和磁场的混合物。
图4.24氢原子结构的三种表示方法
图4.25量子结合成原子的两种表示方法
图4.26原子生产光子的机理
2、原子光谱。
原子是生产光炁流的物质，光炁流形成了光谱现象，所以叫做原子光谱。光谱有发射光谱和吸收光谱两类。发射光谱是由发光体发出的光直接形成的光谱，又分为连续光谱和明线光谱两种。连续光谱是由红到紫的色光组成的连续色光带，是由上千度的高温炽热的固体、液体或者高压气体发出的光形成的，是电子在电离态各级跃迁发射的光形成的，所发射的光频率γ=γ∞+mv2/2h；明线光谱是由背景为黑色的不连续的明线形成的光谱，是由高温低压气体或者蒸汽发出的光形成的。明线叫做光谱线。吸收光谱是在连续光谱的背景上有暗线的光谱，是由高温物体发出的白光经过低温气体或者蒸汽时形成的，是由于相应的光被吸收的缘故。太阳光谱就是吸收光谱。明线光谱是原子辐射的光所形成的，暗线光谱是原子吸收光所形成的。
德国的基尔霍夫（1824~1887）在1859年发现了光谱定律：每种元素形成的明线光谱和吸收光谱的暗线位置是相互重合的。这个现象表明，元素所发射的光的频率同所吸收的光的频率是相同的。这个是分光学基本定律，人们把它叫做基尔霍夫定律。光谱现象证明：每一种原子都有自己特定的光谱——明线光谱和暗线光谱，即每种原子只发射或者吸收一定能量的光。我们把由一种元素形成的光谱线叫做标识谱线、特征谱线，可以用来分辨元素的种类。每个原子光谱都是由众多的明线或者暗线光谱线构成的，每条谱线代表了电子运动中能量的变化情况。
光谱分析。光谱的发现使光学有了很大的发展，形成了光谱学。利用光谱能够进行光谱分析。从光谱了解原子的方法叫做光谱分析。光谱是由原子产生的光形成的，不同的原子和不同的电子状态产生不同的光谱。光谱线是电子分布和运动情况的反映，研究光谱是探索原子结构的重要方法之一。我们根据原子光谱，就能够了解原子及其内部的组成和结构。通过光谱就可以知道这些光是由什么原子产生的（元素的种类），还可以知道原子构造、分子构造、原子中的电子分布、含量等。光经过电场和磁场的时候会发生变化，因此又可以知道电场和磁场的情况。实验证明：在元素含量低于5%时，谱线强度同含量成正比关系，谱线越强说明含量越多。因此利用原子光谱可以进行定性和定量分析。光谱分析具有很大的优点：灵敏度高（含量可以达到亿分之一），分析迅速（约几十分钟）。光谱学是研究天体的重要武器和最主要的手段，光谱分析是获得天体的化学组成的唯一手段。关于恒星本质的知识，几乎都是来自光谱分析。根据天体光谱可以知道天体的温度、压力、电场、磁场、化学成分（有无、种类、含量、同位素）、运动速度、转动等信息。氦元素是首先根据太阳光谱发现的，是在1869年由英国的洛基尔发现并且命名的，26年后英国化学家雷姆塞才从地球矿物中得到氦。恒星光谱说明，恒星的元素基本相同，氢占71%，氦占27%，其余元素占2%。根据光谱的多普勒效应可以了解天体的运动方向：远离、靠近还是转动。河外星系的光谱只有红移没有紫移，而且距离越远红移越大，说明总星系正处在爆炸膨胀状态，成为宇宙大爆炸理论的有力证据。一些天体存在在连续光谱上有吸收谱线和发射谱线，吸收线是低温的大气层吸收引起的，发射线是高温的大气层气体引起的，这些气体是从星球发射出来的。
炁学提示：每一种原子具有不同的原子炁子，每个电子也有不同的电子云炁子。这些炁子辐射出去形成了不同的光炁流，形成不同的光谱线。一个光炁流叫做光炁流子，简称光子。每一个原子光谱是由众多的光谱线组成的，是由不同的电子产生的。根据谱线可以知道是什么轨道上的电子产生的（正确地说是由什么电子形成的电子云炁子产生的）。原子吸收光炁流的时候就形成了暗线光谱，是使光炁流变成炁子的过程。
3、原子能级。
氢原子是最简单的原子，也是宇宙里最多的元素，氢原子光谱是最简单的原子光谱。通过对氢原子光谱的研究，1913年，丹麦的玻尔结合普朗克的量子理论提出了原子能级理论，即电子轨道理论：电子绕原子核转动，并且在不同的轨道上运动。电子在不同的轨道上有不同的动能和势能，这些能量叫做原子的能级。电子轨道的半径公式：r=nh/2πmv，公式中n=1、2、3……，叫做轨道的量子化。
图4.27氢原子的波尔轨道
在正常状态下，原子处于最低能级n1上，叫做基态。当原子吸收能量时，电子跃迁到其它轨道上，叫做激发态，n=∞的状态叫做电离态。原子在激发态只能停留极短的时间（约百万分之一秒），很快就回到基态，把所吸收的能量以光子形式辐射出去，形成原子发光和原子光谱现象。就这样，电子在不同的轨道之间来回跳跃时，引起能量变化（光子的能量为两个轨道能级之差：E2-E1=hγ），形成了光谱现象：当电子从远轨道跳跃到近轨道时，就要放出能量，有一部分能量以光子的形式发射出来，形成了原子的发射光谱；当原子受到外界因素激发时，电子吸收能量，从近轨道跳跃到远轨道，这些能量中有一部分能量以光子形式被电子所吸收，形成了原子的吸收光谱。一个原子一次只发射一条光谱，为什么我们总是看到各种不同的全部谱线呢？这是由于有很多原子的缘故。电子所发射或者吸收的光子的频率不是由电子的能量决定的，而是由电子跳跃的能量差决定的。对于氢原子，当电子从远处跃回到n1轨道时形成的光谱叫做莱曼系，发射的是紫外光；跃回到n2轨道时形成的光谱叫做巴尔末系，发射的是可见光；跃回到n3轨道时形成的光谱叫做帕邢系，发射的是红外光。
后来用实验的方法证实了原子能级的存在（见下图）。但是，有很多的电子在这个实验中神秘失踪了，被氢原子吸收了。西学没有告诉我们这些电子到哪里去了。这个理论也没有解决光物质的来源问题，因为光是物质，轨道和能级不是物质。
炁学提示：原子吸收电子的过程是原子产生光子的反过程，所吸收的电子转变成了炁子，使原子的内能（炁子的能量）提高了。电子一直在绕原子核转动，其轨道是不闭合的椭圆形状。当电子从远处向核子靠近时就会发射炁子形成光炁流，相反，当电子远离核子时就会吸收炁体或者炁流或者电子等形成炁子。
图4.28验证原子能级存在的实验
4、原子结合形成分子。
氢核直径为10－13cm，氢原子直径为1.0×10－8cm，氢分子直径为2.5×10－8cm。在氢分子中，氢核间距为0.74×10－8cm。就是说，氢原子结合成为氢分子后，核靠近了，从1.0×10－8cm变成了0.74×10－8cm，电子被推远了，从离核0.5×10－8cm变成0.88×10－8cm。
炁学提示：原子结合成为分子时，原子炁子变成分子炁子，有一些原子炁子辐射出去变成了炁流（光和热等反应能），炁子能量变低，稳定性提高。
图4.29氢原子结合形成氢分子